GLONASS

Model družice systému GLONASS, vystavený na CEBIT 2011 GLONASS ('ГЛОбальная НАвигационная Спутниковая С'истема, tr.: Globalnaja navigacionnaja sputnikovaja sistěma) je globální družicový polohový systém (GNSS) využívaný ruskou armádou. S jeho pomocí je možno určit polohu a přesný čas kdekoliv na Zemi nebo nad Zemí. Stejně jako u GPS je část služeb tohoto systému s omezenou přesností volně k dispozici civilním uživatelům. Vývoj započal v SSSR v roce 1976. Ruské území bylo plně pokryto v roce 2010 a celý svět v roce 2011.

GLONASS je nejdražší program ruské Federální kosmické agentury, mezi roky 2002-2011 dosáhl 140 miliardy rublů a v roce 2010 spotřeboval asi jednu třetinu jejího rozpočtu. Vzhledem k oběžné dráze družic systému GLONASS je zvláště vhodný pro použití ve vysokých zeměpisných šířkách (sever nebo jih), kde může být získávání signálu GPS problematické.

Vývoj

Vývoj GLONASS byl zahájen v roce 1970 vytvořením dokumentu Ministerstva obrany SSSR, Sovětské akademie věd a Sovětského námořnictva o vývoji jednotného systému pro navigaci na zemi, na vodě i ve vzduchu, který byl v roce 1976 přijat. První testovací družice byla vypuštěna v roce 1982. +more V letech 1996-2001 byla kosmická část systému GLONASS v úpadku. Od roku 2001 bylo prováděno jeho znovuobnovení a do plného celosvětového operačního stavu se dostal v roce 2011.

V roce 2010 Rusko spolupracovalo při využití tohoto systému s Indií.

Princip funkce

Struktura systému

Celý systém GLONASS lze rozdělit do 3 segmentů: * kosmický * řídící * uživatelský

Kosmický segment

Blok (životnost#)	Období	Vypuštěno	Ve službě	Signály$
Uragan(1)	1982-1985	10	0	3+0
UraganA(1)	1985-1986	6	0	3+0
UraganB(2)	1987-1988	6+6✝	0	3+0
UraganV(3)	1988-2005	59	0	3+0
Uragan-M(7)	2001-2021	45+6✝+1p	19+2*	4+0
Uragan-K1(10)	2011-2022	3+8p	3	4+1
Uragan-K2(10)	2022-2033	0+8p	0	4+5
Uragan-V	2026-2027	V6p	0	0+5
Uragan-KM	2025+	.	0	4+9
Celkem	Celkem	129+12✝+17p+V4p	23+2*
✝ Ztracen při startu nebo selhalo oživení p V přípravě * Zavádění do provozu, testy nebo v záloze, údržbě V Družice umístěné na eliptickou kvazigeostacionární dráhu $ Frekvenční pásma + kódová modulace # Plánovaná životnost v letech (Poslední změna: 1. +more června 2022)	✝ Ztracen při startu nebo selhalo oživení p V přípravě * Zavádění do provozu, testy nebo v záloze, údržbě V Družice umístěné na eliptickou kvazigeostacionární dráhu $ Frekvenční pásma + kódová modulace # Plánovaná životnost v letech (Poslední změna: 1. června 2022)	✝ Ztracen při startu nebo selhalo oživení p V přípravě * Zavádění do provozu, testy nebo v záloze, údržbě V Družice umístěné na eliptickou kvazigeostacionární dráhu $ Frekvenční pásma + kódová modulace # Plánovaná životnost v letech (Poslední změna: 1. června 2022)	✝ Ztracen při startu nebo selhalo oživení p V přípravě * Zavádění do provozu, testy nebo v záloze, údržbě V Družice umístěné na eliptickou kvazigeostacionární dráhu $ Frekvenční pásma + kódová modulace # Plánovaná životnost v letech (Poslední změna: 1. června 2022)	✝ Ztracen při startu nebo selhalo oživení p V přípravě * Zavádění do provozu, testy nebo v záloze, údržbě V Družice umístěné na eliptickou kvazigeostacionární dráhu $ Frekvenční pásma + kódová modulace # Plánovaná životnost v letech (Poslední změna: 1. června 2022)

Kosmický segment je projektován na 24 družic, které obíhají ve výšce 19 100 km nad povrchem Země na 3 kruhových drahách se sklonem 65°. Dráhy jsou vzájemně posunuty o 120° a na každé dráze je 8 symetrických pozic pro družice po 45°, které jsou číslovány: * Dráha 1: družice 1-8 * Dráha 2: družice 9-16 * Dráha 3: družice 17-24.

Tato konstelace je charakteristická tím, že každých 8 siderických dní je družice nad stejným místem na zemi, nebo také že každý siderický den je jedna z 8 družic jedné dráhy nad stejným místem na zemi.

Družice Vývoj počtu zdravých družic GLONASS použitelných pro výpočet polohy. +more Dnes používané družice Uragan-M váží asi 1,4 tuny a na střední oběžné dráze (MEO, Medium Earth Orbit) se pohybuje rychlostí 3,9 km/s, s dobou oběhu kolem Země 11h 15min. Vynášeny jsou z kosmodromu Bajkonur v sestavách po třech družicích na jeden nosič. Zásadní problém družic Uragan byla krátká životnost, což se projevovalo ve zvýšené potřebě obnovovat družice. U družic Uragan/Uragan-M vyžaduje zvýšená poruchovost dlouhotrvající odstávky dlouhé až několik měsíců. Tyto problémy by měly vyřešit nové nehermetizované družice Uragan-K s poloviční hmotností. Projektovaná konstelace družic na oběžné dráze. .

Družice GLONASS, dnes již nepoužívané první série Uragan. (fotografie NASA)

Klíčové části družic Uragan-M jsou: * přesné (−13s) atomové hodiny s cesiovým oscilátorem * 12 antén pro vysílání radiových kódů v pásmu L (2000-1000 MHz) * antény pro komunikaci s pozemními kontrolními stanicemi * solární panely (1,45 kW) a akumulátorové baterie (70 Ah) jako zdroj energie * odrazové pole pro měření polohy družice laserovými měřidly (SLR). Některá měření mimo kontrolní segment byla provedena i v rámci projektu NASA ILRS (International Laser Ranging Service)

Pro popis stavu kosmického segmentu jsou definovány dva stavy implementace: * plná operační schopnost (FOC, Full Operational Capability) - označení stavu, kdy je nejméně 24 družic plně funkčních, podporující novou technologii. Nebyl nikdy vyhlášen, ale koncem roku 1996 bylo krátce na orbitu 24 družic a od té doby klesal až na 9 v roce 2001. +more Opětovný stav 24 družic je plánován na rok 2012 s družicemi Uragan-M a Uragan-K. * částečná operační schopnost (IOC, Initial Operational Capability) - označení stavu, kdy je nejméně 12 družic plně funkčních, podporující novou technologii. Byl vyhlášen prezidentem Ruské Federace 29. září 1993 po vypuštění a zprovoznění 12 družic.

Řídící a kontrolní segment

Segment se skládá z několika částí: * řídicí středisko (SCC, System Control Center) Krasnoznamensk (SCC, MS) * 3 rozšířené stanice (SLR, Satellite Laser Ranging; ULS, Uplink Station; CC, Control Center) Šelkovo (MS, TT&C, ULS, CC, SLR), Jenisejsk (MS, TT&C, ULS), Komsomolsk na Amuru (MS, TT&C, ULS, CC, SLR) * 5 povelových stanic (TT&C; Telemetry, Tracking and Command/Communication; telemetrie, sledování a povely) Petrohrad, Ussurijsk a výše uvedené Šelkovo, Jenisejsk, Komsomolsk na Amuru * 10 monitorovacích stanic (MS, Monitor Station) Murmansk, Vorkuta, Jakutsk, Ulan-Ude, Nurek (Tádžikistán), Zelenčuk a výše uvedené Krasnoznamesk, Šelkovo, Jenisejsk, Komsomolsk na Amuru

Řídící a kontrolní segment monitoruje kosmický segment, zasílá povely družicím, provádí jejich manévry a údržbu atomových hodin. Výsledek jejich monitoringu je zveřejňován v navigační zprávě každé družice a jejich platnost je řádově několik hodin: * pozice (souřadnice ECEF), rychlost a zrychlení družic * korekce atomových hodin * přibližné pozice ostatních družic, používané frekvence a jejich zdravotní stav +morejpg|náhled'>Vojenský ruční kombinovaný přijímač GLONASS/GPS vyžívající metod kódového měření. .

Pozemní segment se téměř celý nachází na území Ruské federace, z čehož vyplývá časové omezení, kdy může být monitorován vesmírný segment. Řídící a kontrolní segment komunikuje s uživateli také prostřednictvím zpráv [url=https://web. +morearchive. org/web/20081219152301/http://www. glonass-ianc. rsa. ru/pls/htmldb/glonass. collectors_content. get_cys_en_as_txt]NAGU[/url] (Notice Advisory to GLONASS Users), kde zveřejňuje plánované odstávky družic, jejich stažení a uvedení do provozu nebo i zpětně informace o nezdravé družici.

Uživatelský segment

Uživatelé pomocí GLONASS přijímače přijímají signály z jednotlivých družic, které jsou v danou chvíli nad obzorem. Na základě přijatých dat (časových značek z jednotlivých družic a znalosti jejich polohy) a předem definovaných parametrů, přijímač vypočítá polohu antény, nadmořskou výšku a zobrazí přesné datum a čas. +more Komunikace probíhá pouze od družic k uživateli, přijímač je tedy pasivní.

Uživatelé v Evropě se rekrutují především z řad geodetů a vědeckých pracovníků, civilní využívání systému není rozšířené.

Uživatelé využívající systém GLONASS můžeme rozdělit do dvou skupin: * autorizovaní uživatelé (vojenský sektor Ruské federace a vybrané vládní instituce) využívající službu High Positioning (HP). Tito uživatelé mají zaručenou vyšší přesnost systému. +more * ostatní uživatelé (především civilní sektor) mohou využívat Standard Positioning (SP).

Prezident Ruské federace Vladimir Putin oficiálně podepsal 18. května 2007 výnos o bezplatném uvolnění systému GLONASS pro nevojenské použití.

Rádiové signály

Pásmo/signály	Blok družic
L1/HP+SP, L2/HP	Uragan
L1/HP+SP, L2/HP+SP	Uragan-M
L1/HP+SP, L2/HP+SP, L3/HP+SP, L1/CR, L5/R	Uragan-K

Přenos dat z více družic k jednotlivým uživatelům je řešen frekvenční modulací (FDMA), která je pro GNSS netypická. Přináší problémy s interferencemi mezi kanály, vyžaduje rezervované širší vysílací pásmo a jinou konstrukci přijímače. +more Družice vysílají na několika kmitočtech, které jsou zvoleny v pásmech s minimálním vlivem meteorologických vlivů:.

* L1PT (1598-1605 MHz), kde je vysílán HP kód a SP kód, vysílací výkon 64 W. * L2PT (1242-1248 MHz), kde je vysílán HP kód a od Uragan-M také SP kód, vysílací výkon 40 W.

Pro družice Uragan-K a Uragan-MK dále navíc: * L3PT (1197-1217 MHz) je plánovaná třetí frekvence s HP a SP kódem * L5R (1176,45 MHz) je plánovaný signál typu Safety of Life modulací založený na CDMA pro interoperabilitu s jinými GNSS (GPS, Galileo) * L1CR (1575,42 MHz) je další civilní signál modulací založený na CDMA pro interoperabilitu s jinými GNSS (GPS, Galileo)

Dvacet kanálů pro každou frekvenci modulovanou pomocí FDMA jsou definovány:

# L1(n) = 1 602,0 MHz + n×0,56250 MHz # L2(n) = 1 246,0 MHz + n×0,43750 MHz (platí L2 = L1 × 7/9) # L3(n) = 1 201,5 MHz + n×0,42195 MHz (platí L3 = L1 × 3/4)

Do roku 1998 se užíval rozsah kanálů „n“ = 1 až 12 a 22 až 24, od 1998 do 2005 n = 1 až 12 a od roku 2005 n= -7 až 6.

Základní vysílací rychlost je 5,11 MHz, na něž jsou modulovány signály: * SP rychlostí 0,511 MHz s délkou kódu 511 bitů. * HP rychlostí 5,11 MHz s délkou kódu 5,11×106 bitů. +more * navigační zpráva modulovaná navíc rychlostí 50 bitů/s při délce 7500 bitů, jejíž odvysílání trvá 2,5 minuty. Je rozdělena na 5 rámců o 15 slovech, každé slovo má kapacitu 100 bitů. Obsahem zprávy jsou kartézské souřadnice družice, její rychlost a zrychlení, almanach družic s příslušnými kanály, korekce palubních hodin. Životnost zprávy je cca hodina, její pravidelné obnovení je provedeno kontrolním střediskem obvykle po 30 minutách.

Jako referenční čas je používán UTC(SU), který je synchronizován s UTC.

Určování polohy a času

Vztažné soustavy

Pro charakteristiku Země se jako vztažné těleso využívá geoid, který je ale pro matematický popis nevhodný. Proto se používá jeho aproximaci prvního stupně - koule, nebo druhého stupně - elipsoid. +more Pro potřeby uživatelů GLONASS je používaný geografický referenční systém PZ 90, od 20. září 2007 pak jeho modifikace PZ 90. 02. Je podobný referenčnímu ITRF2000 s drobnými změnami v řádech decimetrů. PZ 90 se skládá z:.

* geodetického data: elipsoid s poloosami přibližně 6 378 a 6 356 km s počátkem ve středu Země * systému zeměpisných souřadnic (zeměpisná šířka a délka)

Rychlost světla je definována 299 792 458 m/s.

IGEX 98

Významnou roli pro spolupráci mezi ostatními GNSS a využití GLONASSu na západě sehrál projekt [url=https://web. archive. +moreorg/web/20090117112444/http://igscb. jpl. nasa. gov/overview/pubs/igex98. html]IGEX 98[/url] (International GLONASS Experiment 1998), který umožnil experimentálně najít exaktní vztah mezi používanými vztažnými soustavami v projektech GPS a GLONASS.

Odkazy

Reference

Literatura

Rapant, P.: [url=https://web.archive.org/web/20121113151008/http://gis.vsb.cz/dokumenty/dns-gps/view]Družicové polohové systémy[/url]. VŠB-TU Ostrava, 2002. 200 str. . dostupné on-line.

Související články

GPS - americký navigační systém. * Navigační systém Galileo - evropský satelitní navigační systém * Geocaching

Externí odkazy

GLONASS [url=://web. archive. +moreorg/web/20061012161914/http://www. glonass-ianc. rsa. ru/ * Libor Dvořák, Pavel Toufar: [url=http://www. rozhlas. cz/podcast/media/_audio/00658893. mp3]url=https://web. archive. org/web/20070703092319/http://www. glonass-ianc. rsa. ru/i/glonass/ICD02_e. pdf]Interface Control Document[/url], základní technický dokument *[/url]Nové Ruské zbraňové systémy[/url] in Zaostřeno na vědu, Český rozhlas 6, 28. leden 2008.

Kategorie:Družicové polohové systémy Kategorie:Satelitní konstelace Kategorie:Sovětská kosmonautika Kategorie:Kosmonautika Ruska